O’quv uslubiy majmuasi

Massa defekti va bog‘lanish energiyasi

Atom yadrosi juda murakkab tuzilishga ega bo‘lganligi uchun alohida qonuniyatlarga bo‘ysunadi. Shulardan biri, alohida nuklonlar massalarining yig‘indisi har doim shuncha nuklonli yadro massasidan katta bo‘ladi ya’ni:

,

Bu massa farqi - massa defekti nomini olgan bo‘lib yadro shakllanishida massaning bir qismi bog‘lanish energiyasiga (W = mc²) aylanib ketishini ko‘rsatadi.

Demak, yadro nuklonlarining bog‘lanish energiyasi:

,

ko‘rinishida yoziladi. Bu energiyani yaqqolroq tasavvur qilish uchun geliy ( ) yadrosining bog‘lanish energiyasini hisoblab ko‘ramiz:

,

bu yadroda (Ne) bitta nuklonga mos kelgan bog‘lanish energiyasi MeV ni tashkil qiladi. Bu nihoyatda katta energiya ekanligini quyidagi misolda ko‘rish mumkin.

Solishtirish uchun ko‘mir yonganda, ya’ni bitta uglerod atomi ikkita kislorod atomi bilan birikkanda (SO₂) - 5 eV energiya ajralishini xayolga keltirish mumkin.

Demak, yadro juda mustahkam qurilmadir. Davriy jadvaldagi qolgan yadrolarning ham bog‘lanish energiyalari hisoblangan bo‘lib, eng katta bog‘lanish energiyasi MeV davriy tizimning A=50 - 60 massa sonlariga mos kelishini ko‘rish mumkin. Undan keyin A ning ortishi, bog‘lanish energiyasini biroz kamayishiga mos keladi. Uran yadrosining solishtirma bog‘lanish energiyasi MeV ga tengdir. Demak, bitta og‘ir yadroni o‘rtacha og‘irlikdagi bir necha yadrolarga ajratish mumkin yoki bir necha yengil yadrolarni birlashtirib o‘rtacha yadroni hosil qilinganda juda katta ortiqcha energiyaga ega bo‘lish mumkin. Masalan, uran izotopini (solishtirma bog‘lanish energiyasi 7,5MeV bo‘lgan) ikkita, massalari A=120 ga teng bo‘lgan yadrolarga ajratganimizda (solishtirma bog‘lanish energiyasi 8,5 MeV bo‘lgan) - 240 MeV energiya ajralgan bo‘lar edi yoki ikkita vodorod izotoplarini birlashtirish orqali 1 ta geliy hosil qilinsa – 24 MeV energiya ajralib chiqqan bo‘lar edi. Hozirgi paytga kelib bunday reaktsiyalar amalga oshirilayotganini talabalarning deyarli hammasi biladi. Bu bo‘linish reaktsiyalari yadro (yadro reaktorlari) qozonlarida yoki atom bombasining portlashida amalga oshiriladi. Yengil yadrolarning qo‘shilishi - termoyadro reaktsiyalari dan iborat bo‘lib, termoyadro generatorlarida (MGD – generatorlarida) amalga oshiriladi. Tabiiy holda Quyosh va yulduzlarda ham sodir bo‘ladigan vodorod – vodorod yoki uglerod – uglerod tsiklli sintez reaktsiyalari ham bitmas - tugalmas energiya manbalaridan iboratdir.

Yadro kuchlari. Yadro mustahkam tizim ekanligini e’tiborga olsak, eng avval nuklonlar orasidagi bog‘lanish juda katta energiyaga egadir va bu kuchlar biz bilgan kuchlarning birortasiga ham mos kelmaydi. Bu – yadro kuchlaridir. Yadro kuchlari gravitatsiyaviy kuch bo‘la olmaydi. Butun olam tortishish qonuniga o‘xshash, bu kuchlar hisoblab ko‘rilsa, yadro kuchlaridan 10³⁶ marta kichik ekanligini bilish mumkin. Yadro kuchlari elektrostatik kuch bo‘lishi ham mumkin emas, chunki bir xil ishorali protonlar (masalan: Uran – U; Z = 92 ) bir - biridan qochib, yadroni tark etgan bo‘lar edi. Demak, yadro nuklonlari juda murakkab bog‘lanish va kuchlarga ega bo‘lgan tizim bo‘lib, 4 ta asosiy xususiyatlarga egadirlar.

1. Yadro kuchlari. Ta’sir radiusi juda qisqa masofada 2,2˖10^-15m kuzatiladi. Bu masofadan katta masofalarda nuklonlar o‘zaro ta’sirlashmaydilar.

2. Yadro kuchlari zaryaddan mustaqildir, ya’ni proton - proton, proton - neytron yoki neytron - neytronlar bir xil tortishish va itarish kuchlarini hosil qiladi. Bu xususiyat yadrolarning zaryaddan mustaqillik printsipi deb ataladi.

3. Yadro kuchlari, o‘zaro ta’sirdagi nuklonlar spinlarining joylashishiga bog‘liqdir. Masalan, neytron bilan protonning spinlari bir - biriga parallel bo‘lgandagina ular deyton hosil qilib, birga tura oladi, bo‘lmasa, yadro parchalanib ketadi.

4. Yadro kuchlari to‘yinish xossasiga ega, ya’ni yadrodagi har bir nuklon chekli sondagi nuklonlar bilan o‘zaro ta’sirlashadi, qolganlarini esa tanimaydi.

Hozirgi zamon tasavvurlariga ko‘ra, yadro kuchlari, ya’ni kuchli o‘zaro ta’sir mezonlar deb ataluvchi virtual zarralar almashinishi orqali o‘zaro ta’sirlashadi, deyiladi.

1934 yilda I.Ye. Tamm nuklonlar orasidagi ta’sir, qandaydir virtual zarracha yutilishi yoki chiqishi orqali amalga oshadi, deb hisobladi. 1935 yili yapon olimi X. Yukava nuklonlar, elektron massasidan 200 - 300 marta katta bo‘lgan va o‘sha vaqtgacha aniqlanmagan zarrachalarni yutilishi yoki chiqishi orqali ta’sirlashadilar, deb faraz qildi. Keyinchalik, bu zarrachalar mezonlar (grekcha “mezos” o‘rtacha) deb ataldi.

Tez orada bunday zarrachalarni kosmik nurlar orasida borligi aniqlandi. 1936 yili Anderson va Neddermeyerlar kosmik nurlar orasida massasi 207 m_e bo‘lgan zarrachalarni aniqlashdi. Bu zarrachalar – mezonlar (myuonlar ) deb ataldi. Lekin nuklonlar orasidagi ta’sirlashuvda bu zarrachalar bo‘la olmasligi tezda isbotlandi, ya’ni energiyaning saqlanish qonuniga bu mos kelmasligi aniqlandi. 1947 yilda kosmik nurlarni ilmiy izlashda X.Yukava bashorat qilgan nurlarni Okkialini va Pouelllar kashf qildilar. Bu zarrachalarning massasi elektron massasidan – 270 m_e marta kattaligi ma’lum bo‘ldi. Bu zarrachalar – mezonlar nomini oldi. - mezonlar yoki musbat , manfiy va neytral bo‘lishi mumkin ekan. Zaryadli pionlar massalari bir xil bo‘lib, 273 m (140 MeV) ga teng va neytral mezon massasi esa, 264 m (135 MeV) ga teng. Bu zarrachalarning spinlari (S = 0) nolga teng. Zarrachalar juda beqaror bo‘lib, s da parchalanib ketadi:

; π⁻ → μ⁻ + ν⁻;

yoki

Bu yerda myumezonlar, – gamma nurlar, – musbat pozitron va manfiy elektronlar, ν va ν⁻ lar neytrino va antineytrinolardir. Endi nuklonlar orasida bo‘ladigan ta’sirlashuvni bemalol yozish mumkin:

;

;

Bunday ta’sirlashuv orqali nuklonlarning biri ikkinchisiga yoki ular o‘rin almashinishlari mumkin. Demak, proton virtual mezon chiqarib, neytronga aylanadi yoki neytron mezonni yutib, protonga aylanadi. Bu jarayonlarning barchasi tajribada tasdiqlangan.